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我國的粒子物理研究
2009-09-14 |文章來源: | 瀏覽次數(shù):  |

  上世紀(jì)五十年代我國還沒有粒子物理研究基地,中國科學(xué)家只能參加蘇聯(lián)杜納聯(lián)合核子研究所的粒子物理研究工作。中國為此要擔(dān)負(fù)杜布納研究所費(fèi)用的四分之一。中國科學(xué)家一直醞釀在國內(nèi)建立中國自己的粒子物理研究基地。 

  1972年8月,以張文裕為首的原子能研究所的十八位科學(xué)家上書周恩來總理建議中國發(fā)展粒子物理。這個建議立即得到了周總理的支持。周總理在報告上批示“這件事再也不能延遲了”。 

  在周總理的親自關(guān)懷下,1973年正式成立了中國科學(xué)院高能物理研究所。此后高能所的科技人員積極籌劃建造中國自己的粒子加速器。建造質(zhì)心能量為5.6千兆電子伏的北京正負(fù)電子對撞機(jī)的方案終于得到鄧小平的批準(zhǔn)并在1984年動工興建。

鄧小平親自為對撞機(jī)奠基

  1988年10月,北京正負(fù)電子對撞機(jī)竣工,1990年10月投入運(yùn)行。它由直線注入器、儲存環(huán)、北京譜儀、北京同步輻射裝置組成。

北京正負(fù)電子對撞機(jī)國家實(shí)驗(yàn)室鳥瞰圖(20世紀(jì)80年代)

 北京正負(fù)電子對撞機(jī)國家實(shí)驗(yàn)室鳥瞰圖(2009年 )

  至2005年7月結(jié)束運(yùn)行,在長達(dá)17年的時間里,北京正負(fù)電子對撞機(jī)始終緊密跟蹤國際前沿技術(shù),突破多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn),保持了長期、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行,其對撞亮度等主要指標(biāo)在其工作的質(zhì)心系2-5GeV能區(qū)居國際領(lǐng)先地位,使我國的高能物理研究取得了突破性進(jìn)展。上世紀(jì)90年代以來,獲得了τ 輕子質(zhì)量精確測量、R值測量、發(fā)現(xiàn)新共振態(tài)等一批重大成果,在τ-粲物理的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位,躋身于世界八大高能物理實(shí)驗(yàn)研究中心之列。

  “τ輕子質(zhì)量的精確測量”精確驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)模型理論中的輕子普適性假設(shè)。結(jié)果比原實(shí)驗(yàn)降低了3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差,精度提高了一個數(shù)量級。

“2-5GeV強(qiáng)子反應(yīng)截面的精確測量”平均測量精度提高了2-3倍,使精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)a(Mz2) 的誤差減少了兩倍,大大提高了標(biāo)準(zhǔn)模型對Higgs粒子質(zhì)量的預(yù)測精度。

  2006年1月,北京譜儀II實(shí)驗(yàn)觀測到一個可能的新粒子,暫時命名為X(1835)。BESIII實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了該結(jié)構(gòu)的存在。X(1835)被 PDG 2006認(rèn)為有可能是質(zhì)子-反質(zhì)子束縛態(tài)。

  2003年3月,國家發(fā)展計劃委員會正式批準(zhǔn)了北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程項(xiàng)目(BEPCII),工程總投資估算為人民幣6.4億元,項(xiàng)目建設(shè)期5年。工程按進(jìn)度、按指標(biāo)、按預(yù)算、高質(zhì)量地完成建設(shè),于2009年7月17日通過國家驗(yàn)收,投入正式運(yùn)行。BEPCII是一臺粲物理能區(qū)國際領(lǐng)先的對撞機(jī)和高性能的兼用同步輻射裝置,它的建成成為國際同類裝置建設(shè)的一個范例,是中國高能物理發(fā)展的又一個里程碑。BEPCII采用國際先進(jìn)的雙環(huán)交叉對撞技術(shù),創(chuàng)造性地克服了儲存環(huán)隧道狹窄、對撞區(qū)短的困難,最大限度地利用原有設(shè)施,設(shè)計對撞亮度提高了30至100倍,并實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)兩用”(即高能物理和同步輻射兩用),是國際最先進(jìn)的雙環(huán)對撞機(jī)之一。BEPCII上的大型探測器北京譜儀(BES III)采用了一系列先進(jìn)設(shè)計、技術(shù)和工藝,其主漂移室動量分辨及能損分辨、電磁量能器的能量分辨和位置分辨、飛行時間計數(shù)器的時間分辨、μ子探測器的位置分辨等主要指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求,處于國際同類裝置的先進(jìn)水平。在工程建設(shè)中,高能所堅持以自主創(chuàng)新為主,并與國際先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了高水平集成創(chuàng)新,自主研制設(shè)備超過85%,有力地推動了國內(nèi)相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

   BEPCII/BESIII的建成和穩(wěn)定高效運(yùn)行為取得重大理物理成果奠定了堅實(shí)基礎(chǔ),投入運(yùn)行后已獲取了大量物理事例。2010年2月,BESIII國際合作組發(fā)表了利用BEPCII上產(chǎn)生的1億ψ ′事例獲得的首批重要物理成果,預(yù)期還將會在輕強(qiáng)子譜、粲偶素、粲物理、量子色動力學(xué)、tau物理等方面取得重大物理成果。

   BEPCII/BESIII邊運(yùn)行邊改進(jìn),主要性能參數(shù)亮度不斷提高。2011年6月,峰值亮度已達(dá)到6.5×1032 cm-2s-1,是競爭對手美國康奈爾大學(xué)的CESRc的8倍。日積分亮度約為改造前的88倍,是國際上最先進(jìn)的雙環(huán)對撞機(jī)之一。BEPCII的科學(xué)壽命將至少長達(dá)十年,有望不斷取得物重大理成果,進(jìn)一步保持和加強(qiáng)我國在粲物理研究領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

  與此同時,高能所還開展了宇宙線粒子物理研究,在西藏羊八井建立了國際宇宙線觀測基地。高能所分別與意大利和日本科學(xué)家合作建立了先進(jìn)的大型宇宙線探測器(中意YBJ-ARGO實(shí)驗(yàn)與中日ASγ實(shí)驗(yàn)),并取得了一批重要觀測結(jié)果。

  

羊八井國際宇宙觀測站

中日合作ASγ實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)宇宙線各項(xiàng)異性以及圍繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)的證據(jù),2006年10月發(fā)表于《科學(xué)》,被譽(yù)為“里程碑”式的成果。


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